化学水处理考试试题及答案

化学水处理考试试题及答案一、单项选择题（每题2分，共30分）1.表征水中悬浮物质对光线透过时所发生阻碍程度的指标是（）A.浊度B.色度C.pH值D.电导率答案：A解析：浊度是衡量水中悬浮物对光线散射和吸收的指标，单位为NTU；色度反映水中溶解性有色物质的含量，pH值表示酸碱度，电导率反映离子浓度，因此选A。2.下列混凝剂中，属于无机高分子混凝剂的是（）A.硫酸铝B.聚合氯化铝（PAC）C.聚丙烯酰胺（PAM）D.硫酸亚铁答案：B解析：硫酸铝、硫酸亚铁为无机低分子混凝剂；PAM为有机高分子絮凝剂；PAC是典型的无机高分子混凝剂，通过羟基架桥形成多核络合物，吸附能力更强，故选B。3.石灰-纯碱软化法中，纯碱（Na₂CO₃）的主要作用是去除（）A.碳酸盐硬度B.非碳酸盐硬度C.悬浮物D.有机物答案：B解析：石灰（Ca(OH)₂）主要与水中HCO₃⁻反应生成CaCO₃沉淀，去除碳酸盐硬度；纯碱与水中的非碳酸盐硬度（如CaSO₄、MgCl₂）反应生成CaCO₃和Mg(OH)₂沉淀，去除非碳酸盐硬度，故选B。4.离子交换树脂再生时，强酸阳离子交换树脂常用的再生剂是（）A.NaOH溶液B.NaCl溶液C.HCl溶液D.氨水答案：C解析：强酸阳树脂（R-SO₃H）吸附阳离子后，需用强酸（如HCl或H₂SO₄）再生，置换出吸附的Ca²⁺、Mg²⁺等；NaOH用于强碱阴树脂再生，NaCl用于软化树脂（如钠型树脂）再生，氨水碱性弱，不适用，故选C。5.反渗透（RO）过程的驱动力是（）A.浓度差B.电位差C.压力差D.温度差答案：C解析：反渗透是在高于溶液渗透压的压力下，通过半透膜截留溶质、透过溶剂的过程，驱动力为压力差；浓度差是渗透的驱动力，电位差是电渗析的驱动力，温度差与膜分离无关，故选C。6.循环冷却水中，控制微生物繁殖最常用的氧化性杀生剂是（）A.异噻唑啉酮B.次氯酸钠C.季铵盐D.十二烷基苯磺酸钠答案：B解析：次氯酸钠（NaClO）在水中分解产生HClO，具有强氧化性，能破坏微生物细胞壁和蛋白质，是典型的氧化性杀生剂；异噻唑啉酮、季铵盐为非氧化性杀生剂，十二烷基苯磺酸钠是表面活性剂，故选B。7.测定水中化学需氧量（COD）时，若水样中氯离子浓度过高，需加入（）消除干扰A.硫酸汞B.硫酸银C.硫酸锰D.硫酸亚铁答案：A解析：氯离子（Cl⁻）会被重铬酸钾氧化，导致COD测定值偏高，加入硫酸汞（HgSO₄）可与Cl⁻形成稳定络合物（HgCl₄²⁻），消除干扰；硫酸银是催化剂，硫酸锰和硫酸亚铁无此作用，故选A。8.以下不属于膜分离技术的是（）A.电渗析（ED）B.超滤（UF）C.活性炭吸附D.纳滤（NF）答案：C解析：膜分离技术利用选择性透过膜实现物质分离，包括RO、UF、NF、ED等；活性炭吸附是物理吸附过程，不涉及膜结构，故选C。9.锅炉水pH值应控制在（）范围内，以防止酸性腐蚀和碱性腐蚀A.4-6B.6-8C.8-10D.10-12答案：D解析：锅炉水pH过低（酸性）会腐蚀金属；pH过高（强碱性）可能引发苛性脆化。通常控制pH在10-12，此时金属表面形成致密氧化膜，耐腐蚀性最佳，故选D。10.某水样经检测，总硬度为200mg/L（以CaCO₃计），总碱度为150mg/L（以CaCO₃计），则该水样的非碳酸盐硬度为（）A.50mg/LB.150mg/LC.200mg/LD.350mg/L答案：A解析：总硬度=碳酸盐硬度+非碳酸盐硬度；当总硬度＞总碱度时，碳酸盐硬度=总碱度，非碳酸盐硬度=总硬度-总碱度=200-150=50mg/L，故选A。11.以下关于阻垢剂的描述，错误的是（）A.有机膦酸盐（如HEDP）可抑制CaCO₃结晶B.聚羧酸类（如PAA）通过晶格畸变阻止垢层生长C.阻垢剂用量越大，阻垢效果越好D.阻垢剂需与缓蚀剂复配使用以保护设备答案：C解析：阻垢剂存在“阈值效应”，超过一定浓度后，阻垢效果不再显著，甚至可能因过量导致药剂自身沉淀，故C错误；其他选项均正确。12.预处理中，多介质过滤器的主要填料不包括（）A.石英砂B.无烟煤C.活性炭D.陶粒答案：C解析：多介质过滤器通常采用石英砂（底层）、无烟煤（中层）、陶粒（上层）等密度和粒径不同的填料，利用分层过滤提高效率；活性炭一般单独用于吸附有机物，不属于多介质过滤器的常规填料，故选C。13.离子交换树脂的交联度越高，其（）A.交换容量越大B.机械强度越高C.抗污染能力越弱D.膨胀度越大答案：B解析：交联度是树脂中交联剂（如二乙烯苯）的含量，交联度越高，树脂结构越紧密，机械强度（耐磨性）越高，但交换容量（活性基团数量）降低，膨胀度（吸水后体积变化）减小，抗污染能力因孔径小可能增强，故选B。14.以下水质指标中，反映水中有机物含量的综合指标是（）A.溶解氧（DO）B.总溶解固体（TDS）C.生化需氧量（BOD）D.总硬度（TH）答案：C解析：BOD（生化需氧量）表示微生物分解水中有机物所需的氧量，是有机物含量的综合指标；DO是溶解氧含量，TDS是溶解性固体总量，TH是钙镁离子浓度，均不直接反映有机物含量，故选C。15.循环冷却水系统中，浓缩倍数的计算公式为（）A.补充水含盐量/循环水含盐量B.循环水含盐量/补充水含盐量C.排污水量/补充水量D.补充水量/排污水量答案：B解析：浓缩倍数（K）定义为循环水中某稳定离子（如Cl⁻、SiO₂）浓度与补充水中该离子浓度的比值，反映水的浓缩程度，公式为K=循环水含盐量/补充水含盐量，故选B。二、填空题（每空1分，共20分）1.水质预处理的主要目的是去除水中的______、______和胶体物质，防止后续处理单元堵塞或污染。答案：悬浮物；微生物2.混凝过程可分为三个阶段：______、______和______。答案：凝聚；絮凝；沉淀3.反渗透膜的典型材质是______，其分离机理为______。答案：芳香族聚酰胺；溶解-扩散4.锅炉水的主要结垢成分是______和______，防止结垢的常用方法是投加______。答案：碳酸钙（CaCO₃）；硫酸钙（CaSO₄）；阻垢剂5.离子交换树脂的工作交换容量是指树脂在______条件下的实际交换能力，通常______（大于/小于）理论交换容量。答案：动态运行；小于6.循环冷却水中，控制结垢的常用方法包括______、______和______。答案：加阻垢剂；调节pH；控制浓缩倍数7.测定水中浊度的标准方法是______，单位为______。答案：散射法；NTU（nephelometricturbidityunit，散射浊度单位）8.氨-联氨处理是锅炉给水的一种除氧方式，联氨（N₂H₄）的作用是______，反应方程式为______。答案：还原溶解氧；N₂H₄+O₂=N₂↑+2H₂O三、判断题（每题1分，共10分。正确打“√”，错误打“×”）1.石灰软化法只能去除水中的碳酸盐硬度，不能去除非碳酸盐硬度。（）答案：×解析：石灰（Ca(OH)₂）与HCO₃⁻反应生成CaCO₃沉淀，去除碳酸盐硬度；同时，石灰可提高pH至10-11，使Mg²+生成Mg(OH)₂沉淀（Mg²+的碳酸盐硬度转化为氢氧化物沉淀），因此可部分去除非碳酸盐硬度。2.反渗透membranes能截留所有离子与有机物，因此产水可达超纯水标准。（）答案：×解析：反渗透膜对单价离子（如Na⁺、Cl⁻）的截留率约95%-98%，对有机物（如小分子有机物）截留率取决于分子量（通常＞100Da可截留），但无法达到超纯水标准（需结合离子交换或电去离子EDI）。3.循环冷却水浓缩倍数越高，节水效果越好，因此应尽可能提高浓缩倍数。（）答案：×解析：浓缩倍数过高会导致水中盐分、微生物、悬浮物浓度升高，加剧结垢、腐蚀和微生物繁殖，需综合考虑药剂成本、设备材质和运行安全，通常控制在3-5倍。4.活性炭吸附有机物的过程是可逆的，加热可使其再生。（）答案：√解析：活性炭吸附主要为物理吸附（范德华力），高温下吸附质分子热运动增强，可脱离活性炭表面，实现再生（如热再生法）。5.离子交换树脂失效后，再生剂的浓度越高，再生效果越好。（）答案：×解析：再生剂浓度过高会导致树脂收缩（高浓度溶液渗透压大），影响再生剂扩散；同时可能引发“盐效应”，降低再生效率。通常强酸阳树脂再生剂（HCl）浓度控制在3%-5%。6.水中溶解氧（DO）含量越高，金属的腐蚀速率越快。（）答案：√解析：溶解氧是金属电化学腐蚀的去极化剂，氧浓度越高，阴极反应（O₂+2H₂O+4e⁻=4OH⁻）速率越快，腐蚀速率增加（但高氧浓度可能使某些金属钝化，如不锈钢）。7.电渗析（ED）是利用离子交换膜的选择性透过性，在电场作用下分离离子的技术。（）答案：√解析：电渗析中，阳离子交换膜（阳膜）允许阳离子通过，阴离子交换膜（阴膜）允许阴离子通过，在直流电场作用下，离子定向迁移，实现淡水与浓水分离。8.混凝剂的投加量越大，混凝效果越好。（）答案：×解析：混凝剂过量会导致胶体颗粒表面电荷反转（再稳现象），无法形成大絮体，混凝效果下降；需通过烧杯试验确定最佳投加量。9.锅炉水的pH值过低会导致碱性腐蚀，pH值过高会导致酸性腐蚀。（）答案：×解析：pH过低（酸性）引发氢去极化腐蚀（酸性腐蚀）；pH过高（强碱性）可能引发苛性脆化（碱性腐蚀），描述颠倒，故错误。10.超滤（UF）的截留分子量范围为1000-100000Da，可去除细菌、病毒和大分子有机物。（）答案：√解析：超滤膜孔径约0.001-0.1μm，截留分子量10³-10⁵Da，能有效去除细菌（约0.5-5μm）、病毒（约0.02-0.3μm）和大分子有机物（如蛋白质、多糖）。四、简答题（每题6分，共30分）1.简述混凝过程的机理及影响混凝效果的主要因素。答案：混凝机理包括：①压缩双电层：通过投加电解质（如铝盐、铁盐）降低胶体ζ电位，使胶体脱稳；②吸附电中和：高价金属离子或水解产物吸附于胶体表面，中和电荷；③吸附架桥：高分子混凝剂（如PAM）通过分子链连接多个胶体颗粒，形成大絮体；④网捕卷扫：金属氢氧化物沉淀在形成过程中包裹胶体颗粒共同沉淀。影响因素：①水温：低温降低水解速率和布朗运动，混凝效果差；②pH值：影响混凝剂水解产物形态（如Al³+在pH4-7生成Al(OH)₃胶体）；③浊度：浊度过低无足够碰撞核心，过高需加大药剂投量；④混凝剂种类与投加量：不同水质需选择合适药剂（如铝盐适用于中性水，铁盐适用于低温低浊水）；⑤水力条件：混合阶段（快速搅拌，10-30s）需高强度剪切，絮凝阶段（慢速搅拌，15-30min）需低强度剪切。2.比较离子交换法与反渗透法在除盐应用中的优缺点。答案：离子交换法优点：①除盐彻底（可制超纯水）；②对低浓度盐水（如≤500mg/LTDS）经济性好；③设备简单，操作灵活。缺点：①树脂需定期再生，产生酸碱废水；②对高浓度盐水（如＞5000mg/LTDS）再生频繁，成本高；③树脂易受有机物、高价离子污染。反渗透法优点：①无酸碱再生，废水排放量少；②适用于高浓度盐水（如海水淡化）；③可同时去除有机物、微生物；④自动化程度高。缺点：①对进水要求高（需严格预处理）；②产水率较低（约50%-75%）；③高压泵能耗大；④对单价离子（如Na⁺、Cl⁻）截留率略低于离子交换。3.循环冷却水系统中，为什么需要控制浓缩倍数？如何控制？答案：控制浓缩倍数的原因：①浓缩倍数过低（如K＜2）会导致补充水量和排污水量增大，浪费水资源；②浓缩倍数过高（如K＞5）会使水中盐分（Ca²+、Mg²+、Cl⁻）、悬浮物、微生物浓度升高，加剧结垢（如CaCO₃）、腐蚀（Cl⁻加速点蚀）和微生物繁殖（如藻类、菌泥），影响传热效率和设备寿命。控制方法：①监测循环水与补充水中的稳定离子（如Cl⁻、SiO₂）浓度，计算K=循环水离子浓度/补充水离子浓度；②通过调节排污水量（增大排污降低K，减少排污提高K）；③投加阻垢剂、缓蚀剂和杀生剂，允许更高的K值；④采用冷却塔节水技术（如闭式循环、空气冷却）减少蒸发损失，间接控制K。4.简述锅炉水磷酸盐处理的原理及控制要点。答案：原理：向锅炉水投加磷酸盐（如Na₃PO₄、Na₂HPO₄），与水中的Ca²+反应生成水渣（Ca₃(PO₄)₂），而非坚硬的CaCO₃或CaSO₄结垢。反应式：10Ca²++6PO₄³⁻+2OH⁻=Ca₁₀(OH)₂(PO₄)₆↓（羟基磷灰石，松散水渣）。控制要点：①维持锅炉水pH在10-12，确保PO₄³⁻以有效形式存在（pH过低，PO₄³⁻转化为HPO₄²⁻，降低除钙效率；pH过高，可能引发苛性脆化）；②控制PO₄³⁻浓度在5-15mg/L（过低无法完全除钙，过高导致磷酸盐隐藏现象——高负荷时PO₄³⁻析出，低负荷时重新溶解，引发腐蚀）；③定期排污，排除生成的水渣，防止沉积；④避免与还原性物质（如联氨）过量反应，影响磷酸盐浓度。5.预处理中，活性炭过滤器的作用有哪些？运行中需注意哪些问题？答案：作用：①吸附有机物（如腐殖酸、表面活性剂），降低COD；②去除余氯（Cl₂+C+H₂O=CO+2HCl），防止后续膜元件（如RO膜）被氧化；③吸附部分重金属离子（如Pb²+、Hg²+）；④改善水的色度和异味。运行注意问题：①进水浊度≤5NTU，防止悬浮物堵塞活性炭孔隙（需前置多介质过滤器）；②控制水温（20-40℃，温度过高降低吸附容量，过低降低吸附速率）；③定期反冲洗（去除截留的悬浮物），反冲洗强度为10-15L/(m²·s)，时间10-15min；④定期再生（热再生或化学再生），当吸附容量下降至初始值的60%-70%时需更换活性炭；⑤避免与强氧化剂（如O₃）直接接触，防止活性炭氧化失效。五、计算题（每题8分，共24分）1.某水样的碱度测定结果如下：用0.02mol/LHCl滴定至酚酞终点（pH=8.3），消耗体积V1=5.0mL；继续滴定至甲基橙终点（pH=4.4），消耗体积V2=12.0mL。水样体积为100mL，计算该水样的酚酞碱度（以CaCO₃计）和总碱度（以CaCO₃计）。（CaCO₃摩尔质量=100g/mol）答案：酚酞碱度（以CaCO₃计）计算公式：酚酞碱度（mg/L）=(V1×c×50×1000)/V样总碱度（以CaCO₃计）=((V1+V2)×c×50×1000)/V样代入数据：c=0.02mol/L，V1=5.0mL，V2=12.0mL，V样=100mL，50为CaCO₃摩尔质量的1/2（因CaCO₃与2molH+反应）。酚酞碱度=(5.0×0.02×50×1000)/100=50mg/L总碱度=((5.0+12.0)×0.02×50×1000)/100=170mg/L2.某软化水系统采用001×7型强酸性阳离子交换树脂（工作交换容量为800mol/m³），处理水量为50m³/h，原水总硬度为4mmol/L（以Ca²+计），树脂填充体积为2m³，计算该树脂的运行周期（小时）。答案：树脂总交换容量=工作交换容量×树脂体积=800mol/m³×2m³=1600mol每小时处理的硬度总量=水量×原水硬度=50m³/h×4mmol/L=50×1000L/h×4×10⁻³mol/L=200mol/h运行周期=总交换容量/每小时处理硬度=1600mol/200mol/h=8h3.某反渗透系统进水TDS为2000mg/L，产水TDS为50mg/L，计算该系统的脱盐率和回收率（已知浓水流量为15m³/h，进水流量为40m³/h）。答案：脱盐率=（进水TDS-产水TDS）/进水TDS×100%=(2000-50)/2000×100%=97.5%回收率=产水流量/进水流量×100%，产水流量=进水流量-浓水流量=40-15=25m³/h回收率=25/40×100%=62.5%六、综合分析题（16分）某火力发电厂循环冷却水系统出现以下问题：①冷却塔填料表面结垢严重（主要成分为CaCO₃）；②循环水pH值由8.5降至7.2；③监测到异养菌总数（HPC）从1×10⁴CFU/mL升至5×10⁵CFU/mL。结合化学水处理知识，分析问题原因并提出解决方案。答案：问题原因分析：①CaCO₃结垢：循环水浓缩倍数升高（蒸发损失导致Ca²+、HCO₃⁻浓度增加）；pH降低使HCO₃⁻分解为CO₂和CO₃²⁻的速率减慢（正常pH8.5时，